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基于遥感、GIS的陕北农牧交错带土地利用与生态环境效应研究

作　者: 贾科利
导　师: 常庆瑞
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 土地资源与空间信息技术
关键词: 遥感与GIS 陕北农牧交错带 土地利用/覆盖 动态变化 生态环境效应
分类号: P208
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 1570次
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内容摘要


本文选取陕北农牧交错带为研究对象,以1986、1993、2003年遥感影像为主要数据源,基于地物的光谱特征,采用分层提取和PCA与监督分类相结合的方法,提取了研究区1986～2003年土地利用/覆盖信息。在GIS的支持下,分析了近17年陕北农牧交错带土地利用/覆盖变化的时空特点、土地利用类型的转化过程,并结合景观生态学的基本理论与方法研究了土地利用景观格局空间特征,对未来30年土地利用变化的趋势进行了预测;运用主成分分析及回归分析等方法,探讨了导致土地利用格局变化的驱动机制,建立了陕北农牧交错带土地利用变化驱动因子指标体系;在此基础上,采用AHP分析方法,通过GIS制图,对区域土地利用生态环境效应进行了综合评价。结果表明:1.基于地物的光谱特征,采用PCA与监督分类相结合的方法,建立的多级分层综合分类方法实现了对土地利用/覆盖类型的自动分类,分类总精度达到了84%以上,Kappa指数达到0.77以上,分类精度较高,是一种比较有效的信息提取方法。2.陕北农牧交错带土地利用结构以农用地为主,面积占本区土地总面积的近3/4,居民点及工矿用地和未利用土地面积之和不及总面积的1/4;未利用土地中沙地面积最大,占未利用土地面积的4/5,达到本区总面积的近1/5。到2003年,耕地、林地、草地结构之比为1:1.1:0.9,表明研究区是以种植和轮牧为主的半农半牧交错区。3. 1986～2003年,土地利用发生了较大变化。主要表现为林地平均以25 983.69 hm2·a-1的速度增加,主要由草地、未利用土地和耕地转化而来;居民及工矿用地增加的速度超过了2047 hm2·a-1,增加的面积主要来自耕地;草地平均以0.41%的强度逐渐减少,减少的草地主要转化为林地和沙地;耕地、水域、未利用土地与沙地面积分别减少了105 206.36 hm2、7 471.34 hm2、109 231.35 hm2、206 655.21 hm2,在空间分布的广度逐渐减小。耕地减少的面积主要转化为林地和草地;水域减少的面积主要转化为耕地、林地和未利用土地;沙地面积减少显著,减少的沙地经过治理变主要转化为草地、林地和耕地。4.陕北农牧交错带土地利用景观类型斑块总数呈现减少的趋势,呈集中性分布;但景观整体破碎化程度增大,景观格局正从单一景观向多样化景观过渡。在自然与人为因素的共同耦合作用下,导致了土地利用景观格局的空间动态变化过程。从1986～2003年耕地景观斑块重心向东北方向偏移了6 517.6 m;而林地景观重心向西南方向伸展了54 094.14 m;居民及建设用地向东北方向扩展了58 543.76 m;水域景观重心整体上向东北偏移了16 637.57 m;未利用土地景观类型重心向东北移动了51 312.03 m;沙地景观整体向东北偏移了11 843.43 m,沙漠化程度总体减轻,严重、重度沙漠化土地面积逐渐减少,稳步转化为中度和轻度沙漠化;中、轻度沙漠化面积已占到未变化沙地面积的50%以上,沙漠化的主导类型已由严重、重度沙漠化转变为中度、轻度沙漠化。5.根据马尔科夫预测,陕北农牧交错带未来近30年耕地、草地、沙地面积将不断减少,到2033年,面积分别为740 614.75 hm2、665 803.62 hm2、556 752.73 hm2;林地和未利用土地面积从2003～2023将不断增加,而后开始减少,到2033年,面积分别为1 217 768.66 hm2、188 131.3 hm2;居民及建设用地、交通用地和水域面积不断增加,到2003年面积分别为104 362.2 hm2、35 670.71 hm2、51 018.71 hm2;各土地利用类型在2003～2013年间变化幅度最大,而后变化的幅度明显减弱。6.陕北农牧交错带土地利用/覆盖变化是由自然、人文和社会经济因素共同影响所导致的。气候因素是驱动土地利用/覆盖变化的重要自然因素;政策制度的导向、人口压力及社会投资的增加,工、农业产业化的发展直接影响了土地利用/土地覆盖变化的时空分异,驱动了土地利用覆盖格局的变化。7.陕北农牧交错带各县生态环境差异明显,整体生态环境指数由1986年的3.31上升到2003年的3.98,生态环境正逐渐好转,但处于较差状态,生态系统服务功能严重退化。土地利用景观中,耕地、林地、草地、沙地是影响生态环境的主要土地利用类型。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-15
第一章 文献综述  15-30
  1.1 研究背景  15-16
  1.2 研究目的与意义  16
    1.2.1 研究目的  16
    1.2.2 研究意义  16
  1.3 土地利用/覆盖变化研究进展与现状  16-25
    1.3.1 土地利用/覆盖的概念、理论研究  16-18
    1.3.2 土地利用/覆盖变化研究进展  18-24
    1.3.3 土地利用/覆盖变化驱动机制研究  24-25
  1.4 遥感与GIS 在LUCC 研究中的应用  25-27
    1.4.1 遥感技术在LUCC 研究中的应用  25-26
    1.4.2 GIS 在LUCC 中的应用  26-27
  1.5 土地利用／覆盖变化的生态环境效应研究  27-28
  1.6 目前存在的问题  28-30
第二章 研究内容与方法  30-33
  2.1 研究目标、内容和拟解决的关键问题  30-31
    2.1.1 研究目标  30
    2.1.2 研究内容  30-31
    2.1.3 拟解决的关键问题  31
  2.2 研究方法与技术路线  31
    2.2.1 研究方法  31
    2.2.2 技术路线  31
  2.3 拟创新之处  31-33
第三章 陕北农牧交错带自然与社会经济条件  33-39
  3.1 陕北农牧交错带概况  33-34
  3.2 自然环境  34-37
    3.2.1 气候  34
    3.2.2 地形地貌  34-35
    3.2.3 土壤  35
    3.2.4 水文  35-36
    3.2.5 植被  36-37
  3.3 社会经济  37-39
    3.3.1 人口  37
    3.3.2 经济状况  37
    3.3.3 旅游  37
    3.3.4 交通  37-38
    3.3.5 矿产资源  38-39
第四章 数据处理与信息提取方法  39-56
  4.1 数据资料  39
    4.1.1 遥感数据  39
    4.1.2 其它数据  39
  4.2 数据处理  39-42
    4.2.1 波段选择  40
    4.2.2 图像拼接  40-41
    4.2.3 影像校正  41
    4.2.4 图像增强  41
    4.2.5 图像剪裁  41-42
  4.3 土地利用类型的确定  42-44
  4.4 信息提取方法  44-45
    4.4.1 分层分类方法  44-45
    4.4.2 掩膜技术  45
    4.4.3 PCA 与监督分类  45
  4.5 地物特征分析及信息提取  45-54
    4.5.1 基于分层分类与PCA 监督分类的土地利用分类技术体系  45-47
    4.5.2 地物光谱特征分析  47-54
  4.6 提取精度分析  54
  4.7 分类后处理  54-56
第五章 陕北农牧交错带土地利用／覆盖时空演变  56-75
  5.1 土地利用／覆盖时空演变研究指标选择  56-58
    5.1.1 土地利用变化  56-57
    5.1.2 土地利用转化矩阵  57-58
  5.2 结果分析  58-72
    5.2.1 土地利用／覆盖结构分析  58-59
    5.2.2 土地利用／覆盖变化分析  59-64
    5.2.3 土地利用／覆盖转换分析  64-70
    5.2.4 沙漠化土地转化特征  70-72
  5.3 陕北农牧交错带土地利用/覆盖变化县区差异  72-75
第六章 陕北农牧交错带土地利用景观格局分析  75-87
  6.1 土地利用景观格局指数  75-76
  6.2 土地利用／覆盖景观格局演变  76-79
    6.2.1 景观多样性分析  76-78
    6.2.2 景观异质性分析  78-79
  6.3 土地利用动态与景观空间格局-过程关系探讨  79-81
  6.4 土地利用／覆盖变化趋势预测  81-87
    6.4.1 马尔科夫模型原理  81-83
    6.4.2 预测方法  83
    6.4.3 结果分析  83-87
第七章 陕北农牧交错带土地利用／覆盖变化驱动机制  87-100
  7.1 研究方法  87
  7.2 指标选择  87-90
    7.2.1 自然因素  88
    7.2.2 人为因素  88-90
  7.3 陕北农牧交错带土地利用／覆盖变化的驱动机制分析  90-98
    7.3.1 定性分析  90-94
    7.3.2 定量分析  94-98
  7.4 陕北农牧交错带土地利用/覆盖变化驱动因素指标体系  98-100
第八章 陕北农牧交错带土地利用变化的生态环境效应评价  100-110
  8.1 生态环境效应评价方法  100
  8.2 生态环境效应评价体系  100-103
    8.2.1 指标体系的建立  100-102
    8.2.2 权重的计算  102
    8.2.3 评价标准  102-103
  8.3 结果分析  103-110
    8.3.1 生态环境效应综合评价  103-106
    8.3.2 各级指标对生态环境指数的影响效应  106-107
    8.3.3 土地利用变化的生态环境效应评价  107-108
    8.3.4 各县生态环境评价  108-110
第九章 结论与讨论  110-114
  9.1 结论  110-113
  9.2 讨论  113-114
参考文献  114-128
致谢  128-129
作者简介  129

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 一般性问题 > 测绘数据库与信息系统
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